WO2023002789A1 - 熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シート - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シート Download PDF

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WO2023002789A1
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WO
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thermosetting resin
resin composition
resin layer
insulating resin
substrate
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PCT/JP2022/024531
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和哉 北川
美香 賀川
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住友ベークライト株式会社
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    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
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    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

Definitions

  • the present invention relates to a thermosetting resin composition, a power module substrate, a printed wiring board and a heat dissipation sheet.
  • a semiconductor element is mounted on a support such as a lead frame, and a metal foil layer bonded to the lead frame through a bonding layer so as to be electrically and thermally conductive, and a heat sink to a heat sink.
  • a power module is disclosed in which a metal plate that mediates conduction is joined with an insulating resin layer.
  • microcracks may occur in the insulating resin layer that constitutes the power module substrate described in the above document.
  • the inventor examined the process environment for mounting electronic components on a power module substrate, he focused on the reflow process in which high-temperature heat treatment is performed.
  • this reflow process for example, when melting a solder material, the power module substrate is placed in a high temperature environment of about 300.degree.
  • the metal substrate constituting the power module substrate has a large heat capacity, it is necessary to secure a sufficient heating time. It has been found that microcracks are generated between the resin and the filler in the insulating resin layer through such a reflow process. As a result, the insulation reliability of the power module substrate may deteriorate.
  • the inventors of the present invention thought that the occurrence of the above-mentioned microcracks could be suppressed by reducing resin shrinkage after high-temperature history.
  • the resin shrinkage after the high temperature history can be evaluated stably.
  • the occurrence of microcracks in the insulating resin layer can be suppressed by reducing the hysteresis loss of the resin after the second high-temperature history to a predetermined value or less. I have perfected my invention.
  • thermosetting resin composition used for forming the insulating resin layer constituting a composite substrate comprising a metal substrate and an insulating resin layer provided on the metal substrate A first heating process consisting of a first temperature rising process from 20 ° C. to 310 ° C. and a first temperature decreasing process from 310 ° C. to 20 ° C. is performed on the insulating resin layer that is a cured product of the thermosetting resin composition.
  • a thermomechanical analysis measurement (TMA) was performed, and after the first thermomechanical analysis measurement, a second heating process from 20 ° C. to 310 ° C. and a second cooling process from 310 ° C. to 20 ° C.
  • thermomechanical analysis measurement TMA
  • Tg glass transition temperature
  • L2 TU the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at Tg+30° C.
  • is greater than 0 ppm and less than or equal to 1000 ppm
  • a metal substrate an insulating resin layer provided on the metal substrate; A power module substrate is provided, wherein the insulating resin layer is a cured product of the above thermosetting resin composition.
  • a metal substrate an insulating resin layer provided on the metal substrate;
  • a printed wiring board is provided in which the insulating resin layer is a cured product of the above thermosetting resin composition.
  • a metal substrate an insulating resin layer provided on the metal substrate;
  • a heat dissipation sheet is provided in which the insulating resin layer is a cured product of the above thermosetting resin composition.
  • thermosetting resin composition that can suppress the occurrence of microcracks, a power module substrate, a printed wiring board, and a heat dissipation sheet using the same.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a power module substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a sectional view of a power module concerning one embodiment of the present invention.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment is used to form an insulating resin layer that constitutes a composite substrate that includes a metal substrate and an insulating resin layer provided on the metal substrate. That is, the insulating resin layer in the composite substrate is composed of a cured product of the thermosetting resin composition.
  • the insulating resin layer which is the cured product of the thermosetting resin composition of the present embodiment, was measured by TMA (thermo-mechanical analysis) at a temperature range of 20 ° C. to 310 ° C., a temperature increase rate of 10 ° C./min, and a tensile measurement mode. Measure the dimensional change rate under the conditions. Specifically, a first thermomechanical analysis measurement (TMA) consisting of a first heating process from 20 ° C. to 310 ° C. and a first cooling process from 310 ° C. to 20 ° C. was performed.
  • TMA thermomechanical analysis measurement
  • thermomechanical analysis measurement consisting of a second heating process from 20°C to 310°C and a second cooling process from 310°C to 20°C is performed.
  • Tg glass transition temperature of the cured product of the thermosetting resin composition
  • the length in the in-plane direction of the insulating resin layer before the first thermomechanical analysis measurement is the reference length
  • the second temperature rising process the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at Tg+30° C. is L2 TU , and the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at Tg+30° C.
  • L2 TU is the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at room temperature of 25°C in the second heating process
  • L2 is 25U, and the insulating resin layer at room temperature of 25°C in the second heating/cooling process.
  • L2 25D be the amount of change from the reference length in the in-plane direction.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment is configured such that
  • is 1000 ppm or less, preferably 700 ppm or less, more preferably 550 ppm or less. As a result, it is possible to improve hot durability such as suppressing the occurrence of macrocracks after moisture absorption treatment and improving insulation reliability.
  • is not particularly limited, it is greater than 0 ppm.
  • is, for example, 1000 ppm or less, preferably 600 ppm or less, and more preferably 400 ppm or less. As a result, the hot durability can be improved.
  • is not particularly limited, it is greater than 0 ppm.
  • L2 25D is, for example, ⁇ 1000 ppm or more and +1000 ppm or less, preferably ⁇ 500 ppm or more and +500 ppm or less, more preferably ⁇ 300 ppm or more and +300 ppm or less.
  • L2 TU is, for example, +2000 ppm or more and +8000 ppm or less, preferably +4000 ppm or more and +8000 ppm or less, more preferably +5000 ppm or more and +7500 ppm or less.
  • thermosetting resin composition for example, by appropriately selecting the type and amount of each component contained in the thermosetting resin composition, the method of preparing the thermosetting resin composition, and the like,
  • the use of a highly rigid material such as a cyanate resin and the use of a polyfunctional phenol-based curing agent to reduce the crosslink density of the resin are effective for the above
  • , L2 25D and L2 TU are included as factors for setting the desired numerical ranges.
  • the content ratio of the cyanate resin and/or the polyfunctional phenol-based curing agent in the thermosetting resin composition may be appropriately adjusted.
  • the detailed mechanism is not clear, it is considered as follows.
  • a curing catalyst When a curing catalyst is used, random crosslinks are formed due to a rapid exothermic reaction. Heating above the Tg of the TMA 1st run relaxes the strain, and as a result, curing of the uncured portion progresses, resulting in no change in the cured structure due to heat. growing.
  • a polyfunctional phenolic curing agent compared to the curing catalyst alone
  • the cross-linking reaction proceeds more slowly. Since the cross-linking density becomes sparse compared to the case where the functional phenol-based curing agent is not used, it is thought that water can easily escape from the cured product, and the heat resistance at the time of moisture absorption can be improved.
  • the composite base material may be composed of any one of a power module substrate, a printed wiring board, and a heat dissipation sheet. That is, the power module substrate, the printed wiring board, and the heat dissipation sheet each have a composite base material including at least a metal substrate and an insulating resin layer provided on the metal substrate.
  • the printed wiring board may be a general wiring board that is used in a wide range of applications including power module boards.
  • An example of a heat dissipation sheet may be attached to the opposite side of the lead frame on which the semiconductor element is mounted.
  • thermomechanical analysis measurement of power module substrates, printed wiring boards, and heat dissipation sheets for example, a metal substrate formed on one surface of an insulating resin layer, and if necessary, a metal layer formed on the other surface of the insulating resin layer
  • An insulating resin layer may be prepared as a sample to be measured by removing it.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a power module substrate 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the thermosetting resin composition of this embodiment can be used to form the insulating resin layer 102 that constitutes the power module substrate 100 .
  • the insulating resin layer 102 can be composed of a cured product of the above thermosetting resin composition.
  • the insulating resin layer 102 is provided between the metal substrate 101 and the metal layer 103 in the power module substrate 100 as shown in FIG.
  • the insulating resin layer 102 promotes heat conduction from the heat generator to the radiator. As a result, failure of electronic components such as semiconductor chips due to thermal history can be suppressed, and improvement in driving stability of the power module can be realized.
  • the insulating resin layer 102 obtained by separating the metal substrate 101 and the metal layer 103 of the power module substrate 100 is used as a test plate for evaluation, and TMA (thermo-mechanical analysis measurement) is performed at 20°C.
  • the dimensional change rate is measured under the conditions of a temperature range of from to 310°C, a heating rate of 10°C/min, and a tensile measurement mode.
  • the power module substrate 100 for the insulating resin layer 102 obtained by curing the thermosetting resin composition of the present embodiment resin shrinkage in the insulating resin layer 102 during high temperature history can be suppressed. It is possible to suppress the occurrence of microcracks at the interface between the filler and the filler. As a result, it is possible to realize the power module substrate 100 having excellent insulation reliability even after the reflow process, and the power module using the same.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment can suppress the occurrence of microcracks when used not only for power module substrates but also for printed wiring boards and heat dissipation sheets. can be improved.
  • thermosetting resin composition of this embodiment The components of the thermosetting resin composition of this embodiment are described below.
  • thermosetting resin composition of this embodiment can contain a thermosetting resin (A).
  • thermosetting resin (A) includes a cresol novolac type epoxy resin, an epoxy resin having a dicyclopentadiene skeleton, an epoxy resin having a biphenyl skeleton, an epoxy resin having an adamantane skeleton, an epoxy resin having a phenol aralkyl skeleton, and a biphenylaralkyl skeleton. , an epoxy resin having a naphthalene aralkyl skeleton, a cyanate resin, and the like.
  • the thermosetting resin (A) one of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • an epoxy resin having a dicyclopentadiene skeleton can be used from the viewpoint of further reducing the dielectric loss factor.
  • a cyanate resin may be included from the viewpoint of increasing the rigidity of the cured product.
  • the content of the thermosetting resin (A) is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 28% by mass or less, based on 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition. .
  • the content of the thermosetting resin (A) is at least the above lower limit value, the handling property is improved and the insulating resin layer 102 is easily formed.
  • the content of the thermosetting resin (A) is equal to or less than the above upper limit, the strength and flame retardancy of the insulating resin layer 102 are further improved, and the thermal conductivity of the insulating resin layer 102 is further improved. do.
  • the "solid content of the thermosetting resin composition” refers to the non-volatile content in the thermosetting resin composition, and refers to the remainder after excluding volatile components such as water and solvent.
  • the content relative to the entire thermosetting resin composition refers to the content relative to the entire solid content of the thermosetting resin composition excluding the solvent when the solvent is included.
  • thermosetting resin composition of this embodiment can contain an inorganic filler (B).
  • inorganic fillers (B) include silica, alumina, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, and silicon carbide. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the inorganic filler (B) may contain boron nitride. It can contain mixtures.
  • the agglomerated particles may be sintered particles or non-sintered particles.
  • Boron nitride may include one produced by the following method. First, boron carbide is nitrided in a nitrogen atmosphere, for example, at 1200 to 2500° C. for 2 to 24 hours. Then, it can be formed by adding diboron trioxide to the obtained boron nitride and firing it in a non-oxidizing atmosphere. The firing temperature is, for example, 1200-2500.degree. The baking time is, for example, 2 to 24 hours.
  • the average particle diameter of the aggregated particles of scale-like boron nitride is, for example, preferably 5 ⁇ m or more and 180 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. This makes it possible to realize the insulating resin layer 102 with a better balance between thermal conductivity and insulation.
  • the average length of the monodisperse particles of scale-like boron nitride is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • longer_axis can be measured by an electron micrograph. For example, it is measured according to the following procedure. First, aggregated particles are cut with a microtome or the like to prepare a sample. Next, several cross-sectional photographs of the aggregated particles magnified several thousand times are taken with a scanning electron microscope.
  • arbitrary agglomerated particles are selected, and the long diameter of the monodisperse particles of scale-like boron nitride is measured from the photograph.
  • the major diameters of 10 or more monodisperse particles are measured, and the average value thereof is taken as the average major diameter.
  • the content of the inorganic filler (B) is, for example, preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less, and 55% by mass or more and 88% by mass or less in 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition. more preferably 60% by mass or more and 80% by mass or less.
  • the content of the inorganic filler (B) is, for example, preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less, and 55% by mass or more and 88% by mass or less in 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition. more preferably 60% by mass or more and 80% by mass or less.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment can further contain a curing agent (C) when an epoxy resin is used as the thermosetting resin (A).
  • a curing agent (C) one or more selected from curing catalysts (C-1) and phenolic curing agents (C-2) can be used.
  • the curing catalyst (C-1) include organic metal salts such as zinc naphthenate, cobalt naphthenate, tin octylate, cobalt octylate, bisacetylacetonate cobalt (II), and trisacetylacetonate cobalt (III).
  • tertiary amines such as triethylamine, tributylamine, 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane; 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2,4-diethylimidazole , 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxyimidazole, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole; triphenylphosphine, tri-p-tolylphosphine, tetraphenylphosphonium/tetraphenylborate, tri Organic phosphorus compounds such as phenylphosphine, triphenylborane, 1,2-bis-(diphenylphosphino)ethane; phenol compounds such as phenol, bisphenol A and nonylphenol; acetic acid, benzoic acid, salicylic acid, p-toluenesulfonic acid organic acids; etc., or mixtures thereof.
  • the curing catalyst (C-1) one type including derivatives among these can be used alone, or two or more types including these derivatives can be used in combination.
  • the content of the curing catalyst (C-1) is not particularly limited, but may be, for example, 0.001% by mass or more and 1% by mass or less based on 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition.
  • Phenol-based curing agents (C-2) include novolak-type phenolic resins such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, naphthol novolak resin, aminotriazine novolak resin, novolak resin, and trisphenylmethane-type phenol novolak resin; modified phenol resins such as modified phenol resins and dicyclopentadiene modified phenol resins; phenol aralkyl resins having a phenylene skeleton and/or biphenylene skeleton; Bisphenol compounds such as bisphenol F; resol-type phenolic resins, etc., may be mentioned, and these may be used singly or in combination of two or more.
  • novolak-type phenolic resins such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, naphthol novolak resin, aminotriazine novolak resin, novolak resin, and trisphenylmethane-type phenol novolak resin
  • a novolak-type phenolic resin or a resol-type phenolic resin can be used as the phenol-based curing agent (C-2), preferably a novolac-type
  • a resol-type polyfunctional phenolic curing agent may be included.
  • the content of the phenol-based curing agent (C-2) is not particularly limited, but is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less based on 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition.
  • the total content of the polyfunctional phenolic curing agent and the cyanate resin is in 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition, for example , preferably 3% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 28% by mass or less.
  • the moisture absorption heat resistance of the cured product of the thermosetting resin composition can be improved.
  • thermosetting resin composition contains a polyfunctional phenolic curing agent and a curing catalyst
  • the value of the content of the polyfunctional phenolic curing agent contained in the solid content of the thermosetting resin composition is X
  • curing When the content of the catalyst is Y and the content ratio of the polyfunctional phenolic curing agent to the curing catalyst is calculated from (XY)/X, the lower limit of (XY)/X is, for example, 0.50 or more. , preferably 0.80 or more, more preferably 0.90 or more, and the upper limit of (XY)/X is, for example, 1.00 or less, preferably less than 1.00, more preferably 0.99 or less is. By setting the value within such a numerical range, the moisture absorption heat resistance of the cured product of the thermosetting resin composition can be improved.
  • thermosetting resin composition of this embodiment can contain a coupling agent (D).
  • the coupling agent (D) can improve the wettability of the interface between the thermosetting resin (A) and the inorganic filler (B).
  • the coupling agent (D) any commonly used one can be used. Specific examples include epoxysilane coupling agents, cationic silane coupling agents, aminosilane coupling agents, titanate coupling agents and silicone oil type coupling agents. It is preferable to use one or more coupling agents selected from among coupling agents.
  • the amount of the coupling agent (D) added depends on the specific surface area of the inorganic filler (B) and is not particularly limited. 10 parts by mass or less is preferable, and 0.5 to 7 parts by mass is particularly preferable.
  • the thermosetting resin composition of this embodiment can contain a phenoxy resin (E).
  • a phenoxy resin (E) By including the phenoxy resin (E), the bending resistance of the power module substrate 100 can be further improved.
  • the phenoxy resin (E) it is possible to reduce the elastic modulus of the insulating resin layer 102 and improve the stress relaxation force of the power module substrate 100 .
  • the phenoxy resin (E) when the phenoxy resin (E) is contained, the fluidity is reduced due to an increase in viscosity, and the occurrence of voids and the like can be suppressed.
  • the adhesion between the insulating resin layer 102 and the metal substrate 101 or the metal layer 103 can be improved.
  • Examples of the phenoxy resin (E) include a phenoxy resin having a bisphenol skeleton, a phenoxy resin having a naphthalene skeleton, a phenoxy resin having an anthracene skeleton, and a phenoxy resin having a biphenyl skeleton.
  • a phenoxy resin having a structure having a plurality of these skeletons can also be used.
  • the content of the phenoxy resin (E) may be, for example, 3% by mass or more and 10% by mass or less in 100% by mass of the solid content of the thermosetting resin composition.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment can contain other components such as antioxidants, leveling agents, nanoparticles, etc., in addition to the components described above, within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • thermosetting resin composition of the present embodiment may be varnish-like or film-like.
  • each component described above can be added to a solvent to obtain a varnish-like thermosetting resin composition.
  • the inorganic filler (B) is added to the resin varnish and kneaded using a triple roll or the like to obtain a varnish.
  • a thermosetting resin composition having a shape can be obtained.
  • the inorganic filler (B) can be more uniformly dispersed in the thermosetting resin (A).
  • the solvent include, but are not limited to, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, propylene glycol monomethyl ether, cyclohexanone, and the like.
  • thermosetting resin composition can be formed into a sheet shape by applying and drying it on the base material.
  • a sheet-like thermosetting resin composition can be obtained by applying a varnish-like thermosetting resin composition onto a base material, followed by heat-treating and drying it.
  • the base material include a metal substrate 101, a metal layer 103, and a metal foil that constitutes a peelable carrier material.
  • the heat treatment for drying the thermosetting resin composition is performed, for example, at 80 to 150° C. for 5 minutes to 1 hour.
  • the insulating resin layer 102 can be formed by curing the thermosetting resin composition by applying pressure and heat using a press or the like.
  • thermosetting resin composition may be aged.
  • changes in dielectric loss factor and dielectric constant at a frequency of 1 kHz and 100° C. to 175° C. can be reduced for the obtained insulating resin layer 102 .
  • This is presumed to be due to factors such as an increase in the affinity of the inorganic filler (B) for the thermosetting resin (A) due to aging.
  • Aging can be performed, for example, under conditions of 30 to 80° C. for 12 to 24 hours.
  • thermosetting resin composition of this embodiment The characteristics of the thermosetting resin composition of this embodiment will be described.
  • the lower limit of the glass transition temperature of the cured product of the thermosetting resin composition of the present embodiment is, for example, 175° C. or higher, preferably 200° C. or higher. Thereby, the heat resistance of the insulating resin layer 102 can be improved.
  • the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, it may be 290° C. or lower, for example.
  • the glass transition temperature (Tg) is measured by DMA (dynamic viscoelasticity measurement) under the conditions of a heating rate of 5° C./min and a frequency of 1 Hz.
  • the lower limit of the volume resistivity at 175° C. of the cured product of the thermosetting resin composition of the present embodiment is preferably 1.0 ⁇ 10 8 ⁇ m or more, more preferably 1.0 ⁇ 10 It is 9 ⁇ m or more, and particularly preferably 1.0 ⁇ 10 10 ⁇ m or more. Thereby, the insulation reliability of the insulating resin layer 102 can be improved.
  • the upper limit of the volume resistivity at 175° C. is not particularly limited, it may be, for example, 1.0 ⁇ 10 13 ⁇ m or less.
  • the volume resistivity at 175° C. represents an index of the insulating properties of the insulating resin layer 102 at high temperatures. That is, the higher the volume resistivity at 175° C., the better the insulation at high temperatures.
  • the volume resistivity at 175° C. conforms to JIS K6911 and is measured at an applied voltage of 1000 V one minute after voltage application.
  • the power module substrate 100 of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the power module substrate 100 of the embodiment includes a metal substrate 101, an insulating resin layer 102 provided on the metal substrate 101, and a metal layer 103 provided on the insulating resin layer 102. be prepared.
  • the thickness of the insulating resin layer 102 is appropriately set according to the purpose, from the viewpoint of improving the mechanical strength and heat resistance and more effectively transmitting the heat from the electronic component to the metal substrate 101.
  • the thickness of the insulating resin layer 102 is preferably 40 ⁇ m or more and 400 ⁇ m or less, and from the viewpoint of further improving the balance between the heat dissipation property and the insulation property of the power module substrate 100 as a whole, the thickness of the insulating resin layer 102 is set to 100 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. is more preferable.
  • the thickness of the insulating resin layer 102 By setting the thickness of the insulating resin layer 102 to be equal to or less than the above upper limit, heat from the electronic component can be easily transferred to the metal substrate 101 .
  • the insulating resin layer 102 can sufficiently alleviate the occurrence of thermal stress due to the difference in coefficient of thermal expansion between the metal substrate 101 and the insulating resin layer 102 . . Furthermore, the insulation of the power module substrate 100 is improved.
  • the metal substrate 101 has a role of dissipating heat accumulated in the power module substrate 100 .
  • the metal substrate 101 is not particularly limited as long as it is a heat-dissipating metal substrate, and may be made of a metal such as copper, aluminum, iron, nickel, or the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the metal substrate 101 is, for example, a copper substrate, a copper alloy substrate, an aluminum substrate, or an aluminum alloy substrate, preferably a copper substrate or an aluminum substrate, and more preferably a copper substrate.
  • the metal substrate 101 may be made of the same material as the metal layer 103, or may be made of a copper substrate.
  • the thickness of the metal substrate 101 can be appropriately set as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the upper limit of the thickness of the metal substrate 101 is, for example, 20.0 mm or less, preferably 5.0 mm or less. By using the metal substrate 101 having a thickness equal to or less than this numerical value, the thickness of the power module substrate 100 as a whole can be reduced. In addition, it is possible to improve the workability of the power module substrate 100 in external shape processing, cutting processing, and the like.
  • the lower limit of the thickness of the metal substrate 101 is, for example, 0.1 mm or more, preferably 1.0 mm or more, and more preferably 2.0 mm or more. By using the metal substrate 101 having a value equal to or greater than this value, the heat radiation performance of the power module substrate 100 as a whole can be improved.
  • the metal layer 103 is provided on the insulating resin layer 102 and subjected to circuit processing.
  • the metal forming the metal layer 103 include one or more selected from copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, nickel, iron, tin, and the like.
  • the metal forming the metal layer 103 is preferably copper or aluminum, and particularly preferably copper.
  • metal layer 103 may comprise a copper layer.
  • the lower limit of the thickness of the metal layer 103 is, for example, 0.01 mm or more, preferably 0.05 mm or more, and more preferably 0.10 mm or more. If it is more than such a numerical value, heat generation of the circuit pattern can be suppressed even in applications requiring a high current.
  • the upper limit of the thickness of the metal layer 103 is, for example, 2.0 mm or less, preferably 1.5 mm or less, and more preferably 1.0 mm or less. If it is less than such a numerical value, it is possible to improve the circuit workability and to reduce the thickness of the substrate as a whole.
  • a metal foil that is available in plate form or a metal foil that is available in roll form may be used.
  • the power module substrate 100 as described above can be manufactured, for example, as follows.
  • a varnish-like thermosetting resin composition is applied onto a carrier material, then heat-treated and dried to form a resin layer, thereby obtaining a carrier material with a resin layer.
  • the carrier material is, for example, a resin film such as polyethylene terephthalate (PET); a metal foil such as copper foil;
  • the thickness of the carrier material is, for example, 10-500 ⁇ m.
  • the carrier material with a resin layer is laminated on the metal substrate 101 so that the resin layer side surface of the carrier material with the resin layer is in contact with the surface of the metal substrate 101 .
  • the carrier material is removed from the resin layer in the B-stage state, and the metal layer 103 is formed on the surface (exposed surface) of the resin layer to obtain a laminate.
  • this carrier material can be used as the metal layer 103 as it is. That is, in this case, after the metal layer 103 with the resin layer is obtained, the metal layer 103 with the resin layer is laminated on the metal substrate 101 to obtain the intended laminate.
  • the resin layer is cured to form the insulating resin layer 102, and the power module substrate 100 is obtained.
  • the manufacturing method of laminating a carrier material with a resin layer on the metal substrate 101 was described. It can also be bonded to the substrate 101 .
  • the metal layer 103 may be a metal foil extruded from a roll, preferably a copper foil or aluminum foil extruded from a roll. can. By doing so, it is possible to improve production efficiency.
  • the obtained power module substrate 100 may be subjected to circuit processing by etching, cutting, or the like into a predetermined pattern on the metal layer 103 to form a circuit layer. That is, the power module substrate 100 of the present embodiment is formed by circuit-processing a metal substrate 101, an insulating resin layer 102 provided on the metal substrate 101, and a metal layer 103 provided on the insulating resin layer 102. and a metal circuit layer.
  • the insulating resin layer 102 is composed of a cured product of the thermosetting resin composition of this embodiment.
  • a solder resist 10 (see FIG. 2) may be formed as the outermost layer, and the connection electrodes may be exposed so that electronic components can be mounted by exposure and development.
  • An example of the power module of the present embodiment includes the above-described power module substrate and electronic components provided on the power module substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the power module 11 according to one embodiment of the invention.
  • 11 of the present embodiment can include the power module substrate and an electronic component (IC chip 2) provided on the power module substrate.
  • IC chip 2 an electronic component
  • the power module 11 which is a semiconductor device, is, for example, a power semiconductor device, LED lighting, or an inverter device.
  • the inverter device is a device that electrically generates AC power from DC power (has a reverse conversion function).
  • power semiconductor devices are characterized by high voltage resistance, large current, high speed and high frequency compared to ordinary semiconductor elements, and are generally called power devices, such as rectifier diodes, power transistors , a power MOSFET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a thyristor, a gate turn-off thyristor (GTO), a triac, and the like.
  • Electronic parts include semiconductor elements such as insulated gate bipolar transistors, diodes, and IC chips, and various heating elements such as resistors and capacitors.
  • the power module substrate 100 functions as a heat spreader.
  • the IC chip 2 is mounted via the adhesive layer 3 on the metal layer 103a of the power module substrate.
  • the IC chip 2 is electrically connected to the metal layer 103b through the bonding wire 7.
  • bonding wires 7 As shown in FIG. IC chip 2 , bonding wires 7 , and metal layers 103 a and 103 b are sealed with sealing material 6 .
  • the chip capacitor 8 and the chip resistor 9 are mounted on the metal layer 103 .
  • These chip capacitor 8 and chip resistor 9 can be conventionally known ones.
  • the metal substrate 101 of the power module 11 is connected to the heat dissipation fins 5 via the thermally conductive grease 4 . That is, the heat generated by the IC chip 2 can be conducted to the heat dissipation fins 5 through the adhesive layer 3, the metal layer 103a, the insulating resin layer 102, the metal substrate 101, and the thermally conductive grease 4, thereby removing the heat. can.
  • each thickness is represented by an average film thickness.
  • thermosetting resin for power module
  • a thermosetting resin for example, a thermosetting resin, a phenoxy resin, a curing agent, and a curing catalyst were added to methyl ethyl ketone and stirred to obtain a thermosetting resin composition solution.
  • an inorganic filler was added to this solution, premixed, and kneaded with a triple roll to obtain a varnish-like thermosetting resin composition in which the inorganic filler was uniformly dispersed.
  • the obtained thermosetting resin composition was aged at 60° C. for 15 hours.
  • thermosetting resin composition was applied onto a copper foil (thickness 0.07 mm, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd., GTS-MP foil) using a doctor blade method, and then heated at 100°C for 30 minutes.
  • a copper foil with an insulating resin layer was produced by drying by heat treatment.
  • the obtained copper foil with an insulating resin layer and a copper plate (tough pitch copper) having a thickness of 3.0 mm are laminated together, and pressed in a vacuum press at a press pressure of 100 kg/cm 2 at 180° C. for 40 minutes to form a copper foil.
  • metal layer an insulating resin layer, and a power module substrate (thickness of insulating resin layer: 200 ⁇ m) having a copper plate (metal plate).
  • Epoxy resin 1 cresol novolac type epoxy resin (N-690, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.)
  • Epoxy resin 2 epoxy resin having a dicyclopentadiene skeleton (XD-1000, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
  • Epoxy resin 3 bisphenol F type epoxy resin (830S, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.)
  • Cyanate resin 1 phenol novolac type cyanate resin (PT-30, manufactured by Lonza Japan) (curing agent)
  • Phenolic curing agent 1 Trisphenylmethane type phenol novolak resin (MEH-7500, manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd.) (Curing catalyst)
  • Curing catalyst 1 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole (2PHZ-PW, manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.)
  • Inorganic filler 1 Boron nitride produced by the following production example (production of boron nitride) A mixture obtained by mixing melamine borate and scaly boron nitride powder (average length: 15 ⁇ m) was added to an aqueous ammonium polyacrylate solution and mixed for 2 hours to prepare a slurry for spraying. Next, this slurry was supplied to a spray granulator and sprayed under conditions of an atomizer rotation speed of 15000 rpm, a temperature of 200° C. and a slurry supply rate of 5 ml/min to produce composite particles. Next, the obtained composite particles were formed by firing at 2000° C. in a nitrogen atmosphere.
  • the metal plate and metal layer were separated from the obtained power module substrate to obtain an insulating resin layer, which was used as a test plate for evaluation.
  • Tg glass transition temperature
  • thermomechanical analysis thermo-mechanical analysis
  • the insulating resin layer (thermosetting resin The glass transition temperature of the cured product of the composition) is Tg
  • the length in the in-plane direction of the insulating resin layer before the first thermomechanical analysis measurement is the reference length
  • the insulation at Tg + 30 ° C. in the second heating process L2 TU is the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the resin layer
  • L2 TD is the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at Tg+30° C.
  • L2 TD is the amount of change from the reference length in the in-plane direction.
  • L2 25U is the amount of change from the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at room temperature 25 ° C. during the process, and the reference length in the in-plane direction of the insulating resin layer at room temperature 25 ° C. in the second heating / cooling process L2 25D was the amount of change from .
  • volume resistivity of the obtained insulating resin layer was measured in accordance with JIS K6911 using an ULTRA HIGH RESISTANCE METER R8340A (manufactured by ADC Corporation) at an applied voltage of 1000 V one minute after application.
  • the main electrode was formed in a circular shape of ⁇ 25.4 mm using a conductive paste. Moreover, the guard electrode was not created at this time. Furthermore, a counter electrode of ⁇ 26 mm was formed on the surface opposite to the main electrode. Evaluation criteria are as follows. Good: Volume resistance value of 1 ⁇ 10 9 ⁇ m or more Acceptable: Volume resistance value of 1 ⁇ 10 8 ⁇ m or more, less than 1 ⁇ 10 9 ⁇ m Poor: Volume resistance value of less than 1 ⁇ 10 8 ⁇ m
  • the power module substrates obtained in each example and comparative example were evaluated for insulation reliability based on the following procedure.
  • a power module shown in FIG. 2 was produced using a power module substrate.
  • An IGBT chip was used as the IC chip.
  • a wire made of Cu was used as the bonding wire.
  • the insulation resistance in continuous humidity was evaluated under the conditions of temperature of 85° C., humidity of 85%, and applied DC voltage of 1.5 kV.
  • a resistance value of 10 6 ⁇ or less was defined as failure. Evaluation criteria are as follows. Excellent: No failures for 300 hours or more Good: Failures for 100 hours or more and less than 300 hours Poor: Failures for less than 100 hours
  • thermosetting resin compositions of Examples 1 to 3 inhibited microcracks when used for power module substrates, and showed excellent insulation reliability.
  • the thermosetting resin compositions of Examples 1 to 3 can be suitably used to form an insulating resin layer that constitutes a power module substrate.

Abstract

本発明の熱硬化性樹脂組成物は、金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、を備える複合基材を構成する前記絶縁樹脂層を形成するために用いる熱硬化性樹脂組成物であって、当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物である絶縁樹脂層に対して、２０℃から３１０℃までの第１昇温過程と３１０℃から２０℃までの第１降温過程とからなる一回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行い、一回目の熱機械分析測定の後、２０℃から３１０℃までの第２昇温過程と３１０℃から２０℃までの第２降温過程とからなる二回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行ったとき、当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度をＴｇ、一回目の熱機械分析測定を行う前の絶縁樹脂層の面内方向の長さを基準長、第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＵ、および第２昇降温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＤとした場合、｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜が、０ｐｐｍより大きく１０００ｐｐｍ以下となるように構成されるものである。

Description

熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シート
　本発明は、熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シートに関する。
　従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等の半導体素子、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を回路基板上に搭載して構成したパワーモジュールが知られている。
　これらのパワーモジュールは、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれらパワーモジュールの使用が年々拡大している。
　特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ－ス化と共に電力制御装置をエンジンル－ム内に設置することが要望されている。エンジンル－ム内は温度が高く、温度変化が大きい等過酷な環境であり、放熱面積の大きな基板が必要とされる。このような用途に対して、より一層放熱性に優れる金属ベース回路基板が注目されている。
　例えば、特許文献１には、半導体素子をリードフレーム等の支持体に搭載し、このリードフレームに接合層を介して電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された金属箔層と、ヒートシンクへの熱伝導を媒介する金属板と、を絶縁樹脂層で接合したパワーモジュールが開示されている。
特開２０１１－２１６６１９号公報
　しかしながら、本発明者が検討した結果、上記文献に記載のパワーモジュール用基板を構成する絶縁樹脂層中にマイクロクラックが発生することがあることを見出した。
　本発明者は、パワーモジュール用基板に電子部品を実装するプロセス環境について検討したところ、高温加熱処理が実施されるリフロー工程に着目した。このリフロー工程においては、例えば半田材を溶融する場合には、約３００℃程度の高温環境にパワーモジュール用基板が置かれる。また、パワーモジュール用基板を構成する金属基板の熱容量が大きい場合、加熱時間を十分確保する必要がある。このようなリフロー工程を経ると、絶縁樹脂層中に樹脂とフィラーとの間にマイクロクラックが発生することが判明した。その結果、パワーモジュール用基板では絶縁信頼性が低下する恐れがある。
　本発明者は、こうした現象について検討を進めた結果、高温履歴後の樹脂収縮を小さくすることにより、上記のマイクロクラックの発生を抑制できると考えた。さらに検討したところ、２回目の高温履歴後における樹脂のヒステリシスロスを指標とすることにより、高温履歴後の樹脂収縮を安定的に評価できることを見出した。このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、２回目の高温履歴後における樹脂のヒステリシスロスを所定値以下に低減することにより、絶縁樹脂層中にマイクロクラックが発生すること抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明によれば、
　金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、を備える複合基材を構成する前記絶縁樹脂層を形成するために用いる、熱硬化性樹脂組成物であって、
　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物である前記絶縁樹脂層に対して、２０℃から３１０℃までの第１昇温過程と３１０℃から２０℃までの第１降温過程とからなる一回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行い、一回目の熱機械分析測定の後、２０℃から３１０℃までの第２昇温過程と３１０℃から２０℃までの第２降温過程とからなる二回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行ったとき、
　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度をＴｇ、一回目の熱機械分析測定を行う前の前記絶縁樹脂層の面内方向の長さを基準長、第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２ＴＵ、および第２昇降温過程における、Ｔｇ＋３０℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２ＴＤとした場合、
　｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜が、０ｐｐｍより大きく１０００ｐｐｍ以下である、
熱硬化性樹脂組成物が提供される。
　また、本発明によれば、
　金属基板と、
　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
　前記絶縁樹脂層が、上記の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、パワーモジュール用基板が提供される。
　また、本発明によれば、
　金属基板と、
　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
　前記絶縁樹脂層が、上記の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、プリント配線基板が提供される。
　また、本発明によれば、
　金属基板と、
　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
　前記絶縁樹脂層が、上記の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、放熱シートが提供される。
　本発明によれば、マイクロクラックの発生を抑制できる熱硬化性樹脂組成物、それを用いたパワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シートを提供できる。
本発明の一実施形態に係るパワーモジュール用基板の断面図である。 本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。また、数値範囲の「～」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の概要について説明する。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、を備える複合基材を構成する絶縁樹脂層を形成するために用いるものである。すなわち、複合基材中の絶縁樹脂層を、熱硬化性樹脂組成物の硬化物により構成される。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である絶縁樹脂層について、ＴＭＡ（熱機械分析測定）により、２０℃から３１０℃の温度範囲、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、引張測定モードの条件にて寸法変化率を測定する。具体的には、２０℃から３１０℃までの第１昇温過程と３１０℃から２０℃までの第１降温過程とからなる一回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行い、一回目の熱機械分析測定の後、２０℃から３１０℃までの第２昇温過程と３１０℃から２０℃までの第２降温過程とからなる二回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行う。
　このとき、熱硬化性樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度をＴｇ、一回目の熱機械分析測定を行う前の絶縁樹脂層の面内方向の長さを基準長、第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＵ、第２昇降温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＤ、第２昇温過程における、室温２５℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２２５Ｕ、および、第２昇降温過程における、室温２５℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２２５Ｄとする。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜が、０ｐｐｍより大きく１０００ｐｐｍ以下となるように構成される。
　｜Ｌ２２５Ｄ－Ｌ２２５Ｕ｜の上限は、１０００ｐｍ以下、好ましくは７００ｐｐｍ以下、より好ましくは５５０ｐｐｍ以下である。これにより、吸湿処理後のマクロクラック発生抑制や絶縁信頼性の向上等の熱時耐久性を向上できる。
　一方、｜Ｌ２２５Ｄ－Ｌ２２５Ｕ｜の下限は、とくに限定されないが、０ｐｐｍより大きい。
　｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜の上限は、例えば、１０００ｐｐｍ以下、好ましくは６００ｐｐｍ以下、より好ましくは４００ｐｐｍ以下である。これにより、熱時耐久性を向上できる。
　一方、｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜の下限は、とくに限定されないが、０ｐｐｍより大きい。
　Ｌ２２５Ｄは、例えば、－１０００ｐｐｍ以上＋１０００ｐｐｍ以下、好ましくは－５００ｐｐｍ以上＋５００ｐｐｍ以下、より好ましくは－３００ｐｐｍ以上＋３００ｐｐｍ以下である。このような範囲内とすることにより、熱時耐久性を向上できる。
　Ｌ２ＴＵは、例えば、＋２０００ｐｐｍ以上＋８０００ｐｐｍ以下、好ましくは＋４０００ｐｐｍ以上＋８０００ｐｐｍ以下、より好ましくは＋５０００ｐｐｍ以上＋７５００ｐｐｍ以下である。このような範囲内とすることにより、熱時耐久性を向上できる。
　本実施形態では、たとえば熱硬化性樹脂組成物中に含まれる各成分の種類や配合量、熱硬化性樹脂組成物の調製方法等を適切に選択することにより、上記｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜、｜Ｌ２２５Ｄ－Ｌ２２５Ｕ｜、Ｌ２２５ＤおよびＬ２ＴＵを制御することが可能である。これらの中でも、たとえば、シアネート樹脂等の高剛性の材料を使用すること、多官能フェノール系硬化剤などを用いて樹脂の架橋密度を小さくすること等が、上記｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜、｜Ｌ２２５Ｄ－Ｌ２２５Ｕ｜、Ｌ２２５ＤおよびＬ２ＴＵを所望の数値範囲とするための要素として挙げられる。また、熱硬化性樹脂組成物中におけるシアネート樹脂および／または多官能フェノール系硬化剤の含有比率を適切に調整してもよい。
　詳細なメカニズムは定かではないが、次のように考えられる。
　硬化触媒を用いると急激な発熱反応により乱雑な架橋が形成されるため、ＴＭＡ　１ｓｔランのＴｇを超える加熱で歪が緩和され、未硬化部分の硬化が進行する結果、熱による硬化構造の変化が大きくなる。一方、多官能フェノール系硬化剤を用いることにより（硬化触媒単独の場合と比べて）緩やかに架橋反応を進めることで、未反応部分を極力減らし、熱による硬化構造の変化を抑制できる上、多官能フェノール系硬化剤を使わない場合と比べて架橋密度も疎になるため、硬化物中から水が抜けやすくなり、吸湿時耐熱特性を向上できると考えられる。
　複合基材は、パワーモジュール用基板、プリント配線基板、および放熱シートのいずれかで構成されてもよい。
　すなわち、パワーモジュール用基板、プリント配線基板、および放熱シートは、金属基板と金属基板上に設けられた絶縁樹脂層とを少なくとも備える複合基材を備える。
　なお、プリント配線基板は、パワーモジュール用基板を含む幅広い用途に用いられる一般的な配線基板としてよい。
　放熱シートの一例は、半導体素子が搭載されたリードフレームの反対側に取り付けてもよい。
　パワーモジュール用基板、プリント配線基板、および放熱シートの場合の熱機械分析測定において、例えば、絶縁樹脂層の一面に形成された金属基板、必要なら絶縁樹脂層の他面に形成された金属層を除去して、測定対象用のサンプルとなる絶縁樹脂層を準備してもよい。
　具体的な例を、パワーモジュール用基板を用いて説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュール用基板１００の断面図である。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、パワーモジュール用基板１００を構成する絶縁樹脂層１０２を形成するために用いることができる。絶縁樹脂層１０２は、上記の熱硬化性樹脂組成物の硬化物で構成することができる。また、絶縁樹脂層１０２は、パワーモジュール用基板１００において、図１に示すように、金属基板１０１と金属層１０３との間に設けられている。
　パワーモジュール用基板１００上に電子部品が搭載されたパワーモジュールにおいて、絶縁樹脂層１０２は、発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。これにより、熱履歴に起因した半導体チップ等の電子部品の故障を抑え、パワーモジュールの駆動安定性の向上を実現することができる。
　本実施形態では、パワーモジュール用基板１００の金属基板１０１と金属層１０３とを剥離して得た絶縁樹脂層１０２を、評価用試験板として用いて、ＴＭＡ（熱機械分析測定）により、２０℃から３１０℃の温度範囲、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、引張測定モードの条件にて寸法変化率を測定する。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物を硬化してなる絶縁樹脂層１０２を、パワーモジュール用基板１００を用いることにより、絶縁樹脂層１０２中において、高温履歴時における樹脂収縮を抑制できるので、樹脂とフィラーとの界面にマイクロクラックが発生することを抑制できる。これにより、リフロー工程後においても絶縁信頼性に優れたパワーモジュール用基板１００、およびそれを用いたパワーモジュールを実現することができる。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、上述の通り、パワーモジュール用基板だけでなく、プリント配線基板や放熱シートに用いたときにおいても、マイクロクラック発生を抑制でき、これらの熱時耐久性を向上させることができる。
　以下、本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の成分について説明する。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）を含むことができる。
（熱硬化性樹脂（Ａ））
　熱硬化性樹脂（Ａ）としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、シアネート樹脂等が挙げられる。
　熱硬化性樹脂（Ａ）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、誘電損失率をより一層低下させる観点から、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂を用いることができる。また、硬化物の剛性を高める観点から、シアネート樹脂を含めてもよい。
　熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、１質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上２８質量％以下がより好ましい。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、ハンドリング性が向上し、絶縁樹脂層１０２を形成するのが容易となる。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、絶縁樹脂層１０２の強度や難燃性がより一層向上したり、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性がより一層向上したりする。
　本実施形態において、「熱硬化性樹脂組成物の固形分」とは、熱硬化性樹脂組成物中における不揮発分を指し、水や溶媒等の揮発成分を除いた残部を指す。また、本実施形態において、熱硬化性樹脂組成物全体に対する含有量とは、溶媒を含む場合には、熱硬化性樹脂組成物のうちの溶媒を除く固形分全体に対する含有量を指す。
（無機充填材（Ｂ））
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、無機充填材（Ｂ）を含むことができる。
　無機充填材（Ｂ）としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　無機充填材（Ｂ）としては、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性をより一層向上させる観点から、窒化ホウ素を含むことができ、例えば、鱗片状窒化ホウ素の、単分散粒子、凝集粒子またはこれらの混合物を含むことができる。この凝集粒子は、焼結粒子であっても、非焼結粒子であってもよい。
　窒化ホウ素は、以下の製法で作製されたものを含んでもよい。
　まず、炭化ホウ素を窒素雰囲気中で、例えば、１２００～２５００℃、２～２４時間の条件で窒化処理する。次いで、得られた窒化ホウ素に三酸化二ホウ素を加え、これを非酸化性雰囲気中にて焼成することにより形成することができる。焼成温度は、例えば、１２００～２５００℃である。焼成時間は、例えば、２～２４時間である。
　鱗片状窒化ホウ素の凝集粒子の平均粒径は、例えば、５μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた絶縁樹脂層１０２を実現することができる。
　鱗片状窒化ホウ素の単分散粒子の平均長径は、例えば、は０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた絶縁樹脂層１０２を実現することができる。
　なお、この平均長径は電子顕微鏡写真により測定することができる。例えば、以下の手順で測定する。まず、凝集粒子をミクロトーム等で切断しサンプルを作製する。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した凝集粒子の断面写真を数枚撮影する。次いで、任意の凝集粒子を選択し、写真から鱗片状窒化ホウ素の単分散粒子の長径を測定する。このとき、１０個以上の単分散粒子について長径を測定し、それらの平均値を平均長径とする。
　無機充填材（Ｂ）の含有量は、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上８８質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以上８０質量％以下であることが特に好ましい。
　無機充填材（Ｂ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、絶縁樹脂層１０２における熱伝導性や機械的強度の向上をより効果的に図ることができる。一方で、無機充填材（Ｂ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、熱硬化性樹脂組成物の成膜性や作業性を向上させ、絶縁樹脂層１０２の膜厚の均一性をより一層良好なものとすることができる。
（硬化剤（Ｃ））
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂を用いる場合、さらに硬化剤（Ｃ）を含むことができる。
　硬化剤（Ｃ）としては、硬化触媒（Ｃ－１）およびフェノール系硬化剤（Ｃ－２）から選択される１種以上を用いることができる。
　硬化触媒（Ｃ－１）としては、例えば、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２－フェニル－４－メチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２，４－ジエチルイミダゾール、２－フェニル－４－メチル－５－ヒドロキシイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ－ｐ－トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２－ビス－（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ－トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ－１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
　硬化触媒（Ｃ－１）の含有量は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、０．００１質量％以上１質量％以下でもよい。
　また、フェノール系硬化剤（Ｃ－２）としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ノボラック樹脂、トリスフェニルメタン型のフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
　これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤（Ｃ－２）として、ノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂を用いることができ、好ましくは、ノボラック型またはレゾール型の多官能フェノール系硬化剤を含めてもよい。
　フェノール系硬化剤（Ｃ－２）の含有量は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、０．５質量％以上２０質量％以下が好ましい。
　熱硬化性樹脂組成物が多官能フェノール系硬化剤およびシアネート樹脂を含む場合、多官能フェノール系硬化剤およびシアネート樹脂の合計含有量は、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、３質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上２８質量％以下がより好ましい。このような数値範囲内とすることにより、熱硬化性樹脂組成物の硬化物における吸湿時耐熱特性を向上できる。
　また、熱硬化性樹脂組成物が多官能フェノール系硬化剤および硬化触媒を含む場合、熱硬化性樹脂組成物の固形分に含まれる多官能フェノール系硬化剤の含有量の値をＸとし、硬化触媒の含有量をＹとし、硬化触媒に対する多官能フェノール系硬化剤の含有比率を（Ｘ－Ｙ）／Ｘから算出したとき、（Ｘ－Ｙ）／Ｘの下限が、例えば、０．５０以上、好ましくは０．８０以上、より好ましくは０．９０以上であり、（Ｘ－Ｙ）／Ｘの上限が、例えば、１．００以下、好ましくは１．００未満、より好ましくは０．９９以下である。このような数値範囲内とすることにより、熱硬化性樹脂組成物の硬化物における吸湿時耐熱特性を向上できる。
（カップリング剤（Ｄ））
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、カップリング剤（Ｄ）を含むことができる。
　カップリング剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）と無機充填材（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
　カップリング剤（Ｄ）としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
　カップリング剤（Ｄ）の添加量は無機充填材（Ｂ）の比表面積に依存するので、特に限定されないが、無機充填材（Ｂ）１００質量部に対して、例えば、０．１質量部以上１０質量部以下が好ましく、特に０．５質量部以上７質量部以下が好ましい。
（フェノキシ樹脂（Ｅ））
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことができる。
　フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことによりパワーモジュール用基板１００の耐屈曲性をより一層向上できる。
　また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより、絶縁樹脂層１０２の弾性率を低下させることが可能となり、パワーモジュール用基板１００の応力緩和力を向上させることができる。
　また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むと、粘度上昇により流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制できる。また、絶縁樹脂層１０２と金属基板１０１や金属層１０３との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、パワーモジュールの絶縁信頼性をより一層高めることができる。
　フェノキシ樹脂（Ｅ）としては、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
　フェノキシ樹脂（Ｅ）の含有量は、例えば、熱硬化性樹脂組成物の固形分１００質量％中、例えば、３質量％以上１０質量％以下としてもよい。
　（その他の成分）
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、上述の成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、レベリング剤、ナノ粒子等の他の成分を含むことができる。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物は、ワニス状でも、フィルム状でもよい。
　本実施形態においては、上述の各成分を溶媒へ添加して、ワニス状の熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。例えば、溶媒中に熱硬化性樹脂（Ａ）等を添加して樹脂ワニスを作製したのち、当該樹脂ワニスへ無機充填材（Ｂ）を入れて三本ロール等を用いて混練することにより、ワニス状の熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。これにより、無機充填材（Ｂ）をより均一に、熱硬化性樹脂（Ａ）中へ分散させることができる。
　上記溶媒としては特に限定されないが、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン等が挙げられる。
　また、本実施形態において、熱硬化性樹脂組成物を基材上に塗布乾燥させることによりシート状に成形することができる。例えば、基材上にワニス状の熱硬化性樹脂組成物を塗布した後、これを熱処理して乾燥することにより、シート状の熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。基材としては、例えば、金属基板１０１や金属層１０３、剥離可能なキャリア材料等を構成する金属箔が挙げられる。また、熱硬化性樹脂組成物を乾燥するための熱処理は、例えば、８０～１５０℃、５分～１時間の条件において行われる。
　本実施形態において、プレス等を用いて加圧・加熱することにより、熱硬化性樹脂組成物を硬化させてなる絶縁樹脂層１０２を形成することができる。
　なお、本実施形態において、熱硬化性樹脂組成物に対しエージングを行ってもよい。これにより、得られる絶縁樹脂層１０２について、周波数１ｋＨｚ、１００℃～１７５℃における誘電損失率および比誘電率の変化を低下させることができる。これは、エージングによって無機充填材（Ｂ）の熱硬化性樹脂（Ａ）に対する親和性が上昇すること等が要因として推定される。エージングは、例えば、３０～８０℃、１２～２４時間の条件により行うことができる。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の特性について説明する。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の、ガラス転移温度の下限値は、例えば、１７５℃以上であり、好ましくは２００℃以上である。これにより、絶縁樹脂層１０２の耐熱性を向上させることができる。上記ガラス転移温度の上限値は特に限定されないが、例えば、２９０℃以下でもよい。
　ここで、ガラス転移温度（Ｔｇ）は、ＤＭＡ（動的粘弾性測定）により昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で測定する。
　本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の、１７５℃での体積抵抗率の下限値は、好ましくは１．０×１０８Ω・ｍ以上であり、より好ましくは１．０×１０９Ω・ｍ以上であり、特に好ましくは１．０×１０１０Ω・ｍ以上である。これにより、絶縁樹脂層１０２の絶縁信頼性を高めることができる。上記１７５℃での体積抵抗率の上限値は、特に限定されないが、例えば、１．０×１０１３Ω・ｍ以下でもよい。
　ここで、１７５℃での体積抵抗率は、絶縁樹脂層１０２における高温での絶縁性の指標を表している。すなわち、１７５℃での体積抵抗率が高いほど、高温での絶縁性が優れることを意味する。１７５℃での体積抵抗率は、ＪＩＳ　Ｋ６９１１に準拠し、印加電圧１０００Ｖで電圧印加後１分後に測定する。
［パワーモジュール用基板］
　本実施形態のパワーモジュール用基板１００について説明する。
　実施形態のパワーモジュール用基板１００は、図１に示すように、金属基板１０１と、金属基板１０１上に設けられた絶縁樹脂層１０２と、絶縁樹脂層１０２上に設けられた金属層１０３とを備えることができる。
　絶縁樹脂層１０２の厚みは、目的に合わせて適宜設定されるが、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、電子部品からの熱をより効果的に金属基板１０１へ伝えることができる観点から、絶縁樹脂層１０２の厚さは４０μｍ以上４００μｍ以下が好ましく、パワーモジュール用基板１００全体における放熱性と絶縁性のバランスがより一層優れる観点から、絶縁樹脂層１０２の厚みを１００μｍ以上３００μｍ以下に設定することがより好ましい。
　絶縁樹脂層１０２の厚みを上記上限値以下とすることで、電子部品からの熱を金属基板１０１に伝達させやすくすることができる。
　また、絶縁樹脂層１０２の厚みを上記下限値以上とすることで、金属基板１０１と絶縁樹脂層１０２との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁樹脂層１０２で緩和することが十分にできる。さらに、パワーモジュール用基板１００の絶縁性が向上する。
　金属基板１０１はパワーモジュール用基板１００に蓄積された熱を放熱する役割を有する。金属基板１０１は、放熱性の金属基板であれば特に限定されないが、例えば、銅、アルミ、鉄、ニッケル等の金属で構成されていてもよい。これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。具体的には、金属基板１０１は、例えば、銅基板、銅合金基板、アルミニウム基板、アルミニウム合金基板であり、銅基板またはアルミニウム基板が好ましく、銅基板がより好ましい。銅基板またはアルミニウム基板を用いることで、金属基板１０１の放熱性を良好なものとすることができる。例えば、金属基板１０１は、金属層１０３と同種の材料で構成されていてもよく、銅基板で構成されていてもよい。
　金属基板１０１の厚さは、本発明の目的が損なわれない限り、適宜設定できる。
　金属基板１０１の厚さの上限値は、例えば、２０．０ｍｍ以下であり、好ましくは５．０ｍｍ以下である。この数値以下の厚さの金属基板１０１を用いることで、パワーモジュール用基板１００全体としての薄型化を行うことができる。また、パワーモジュール用基板１００の外形加工や切り出し加工等における加工性を向上させることができる。
　また、金属基板１０１の厚さの下限値は、例えば、０．１ｍｍ以上であり、好ましくは１．０ｍｍ以上であり、さらに好ましくは２．０ｍｍ以上である。この数値以上の金属基板１０１を用いることで、パワーモジュール用基板１００全体としての放熱性を向上させることができる。
　金属層１０３は絶縁樹脂層１０２上に設けられ、回路加工されるものである。
　この金属層１０３を構成する金属としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、鉄、錫等から選択される一種または二種以上が挙げられる。これらの中でも、金属層１０３を構成する金属としては、好ましくは銅またはアルミニウムであり、特に好ましくは銅である。銅またはアルミニウムを用いることで、金属層１０３の回路加工性を良好なものとすることができる。例えば、金属層１０３は、銅層で構成されていてよい。
　金属層１０３の厚みの下限値は、例えば、０．０１ｍｍ以上であり、好ましくは０．０５ｍｍ以上、さらに好ましくは０．１０ｍｍ以上である。このような数値以上であれば、高電流を要する用途であっても、回路パターンの発熱を抑えることができる。
　また、金属層１０３の厚みの上限値は、例えば、２．０ｍｍ以下であり、好ましくは１．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１．０ｍｍ以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、基板全体としての薄型化を図ることができる。
　金属層１０３は、板状で入手できる金属箔を用いてもよいし、ロール状で入手できる金属箔を用いてもよい。
＜パワーモジュール用基板の製造方法＞
　以上のようなパワーモジュール用基板１００は、例えば、以下のようにして製造することができる。
　まず、キャリア材料上にワニス状の熱硬化性樹脂組成物を塗布した後、これを熱処理して乾燥することにより樹脂層を形成し、樹脂層付きキャリア材料を得る。
　キャリア材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム；銅箔等の金属箔等である。キャリア材料の厚みは、例えば、１０～５００μｍである。
　次いで、樹脂層付きキャリア材料の樹脂層側の面が金属基板１０１の表面に接するように樹脂層付きキャリア材料を金属基板１０１に積層する。
　次いで、Ｂステージ状態の樹脂層からキャリア材料を除去し、樹脂層の表面（露出面）に金属層１０３を形成し、積層体を得る。
　なお、キャリア材料として金属箔を用いる場合は、このキャリア材料をそのまま金属層１０３とすることができる。すなわち、この場合にあっては、樹脂層付き金属層１０３を得た後、樹脂層付き金属層１０３を金属基板１０１に積層することにより、目的とする積層体が得られる。
　次いで、プレス等を用い積層体を加圧・加熱することにより、樹脂層を硬化させて絶縁樹脂層１０２を形成し、パワーモジュール用基板１００が得られる。
　なお、上記では金属基板１０１に樹脂層付きキャリア材料を積層する製造方法を述べたが、本実施形態においては、金属層１０３に樹脂層付きキャリア材料を積層し、キャリア材料を除去した後に、金属基板１０１と接合することもできる。
　また、キャリア材料として金属箔を用い、当該金属箔をそのまま金属層１０３とする場合、金属層１０３はロールから押し出された金属箔、好ましくはロールから押し出された銅箔またはアルミニウム箔とすることができる。
　このようにすることで、生産効率の向上を図ることができる。
　得られたパワーモジュール用基板１００について、金属層１０３を所定のパターンにエッチング、切削加工等することによって回路加工し、回路層を形成してもよい。すなわち、本実施形態のパワーモジュール用基板１００は、金属基板１０１と、金属基板１０１上に設けられた絶縁樹脂層１０２と、絶縁樹脂層１０２上に設けられた金属層１０３を回路加工してなる金属回路層と、を備えることができる。この絶縁樹脂層１０２は、本実施形態の熱硬化性樹脂組成物の硬化物で構成されている。
　また、最外層にソルダーレジスト１０（図２参照）を形成し、露光・現像により電子部品が実装できるよう接続用電極部を露出してもよい。
［パワーモジュール］
　次に、本実施形態に係るパワーモジュールについて説明する。
　本実施形態のパワーモジュールの一例は、上記のパワーモジュール用基板と、パワーモジュール用基板上に設けられた電子部品と、を備える。
　図２は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュール１１の断面図である。
　本実施形態の１１は、上記パワーモジュール用基板と、パワーモジュール用基板上に設けられた電子部品（ＩＣチップ２）と、を備えることができる。
　本実施形態において、半導体装置であるパワーモジュール１１としては、例えば、パワー半導体装置、ＬＥＤ照明、インバーター装置である。
　ここで、インバーター装置とは、直流電力から交流電力を電気的に生成する（逆変換する機能を持つ）ものである。また、パワー半導体装置とは、通常の半導体素子に比べて高耐圧化、大電流化、高速・高周波化されている特徴を有し、一般的にはパワーデバイスと呼ばれ、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、トライアック等の電子部品が搭載されたものが挙げられる。
　電子部品は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等の半導体素子、抵抗、コンデンサ等の各種発熱素子である。パワーモジュール用基板１００はヒートスプレッターとして機能する。
　ここで、パワーモジュール１１の一例について、図２に示しながら説明する。
　本実施形態のパワーモジュール１１において、パワーモジュール用基板の金属層１０３ａ上に、接着層３を介してＩＣチップ２が搭載されている。ＩＣチップ２はボンディングワイヤー７を介して金属層１０３ｂに導通されている。
　また、ＩＣチップ２、ボンディングワイヤー７、金属層１０３ａ、１０３ｂは封止材６により封止されている。
　また、パワーモジュール１１においては、チップコンデンサ８およびチップ抵抗９が金属層１０３上に搭載されている。これらのチップコンデンサ８およびチップ抵抗９は従来から公知のものを使用することができる。
　また、パワーモジュール１１の金属基板１０１は熱伝導グリス４を介して、放熱フィン５に接続されている。すなわち、ＩＣチップ２の発した熱を、接着層３、金属層１０３ａ、絶縁樹脂層１０２、金属基板１０１、熱伝導グリス４を介して、放熱フィン５へと伝導させ、除熱を行うことができる。
　なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例では、部はとくに特定しない限り質量部を表す。また、それぞれの厚みは平均膜厚で表わされている。
（パワーモジュール用基板の作製）
　実施例１～３および比較例１について、以下のようにパワーモジュール用基板を作製した。
　まず、表１に示す配合に従い、熱硬化性樹脂、フェノキシ樹脂、硬化剤、および硬化触媒をメチルエチルケトンに添加し、これを撹拌して熱硬化性樹脂組成物の溶液を得た。次いで、この溶液に無機充填材を入れて予備混合した後、三本ロールにて混練し、無機充填材を均一に分散させたワニス状の熱硬化性樹脂組成物を得た。次いで、得られた熱硬化性樹脂組成物に対し、６０℃、１５時間の条件によりエージングを行った。次いで、熱硬化性樹脂組成物を、銅箔（厚さ０．０７ｍｍ、古河電気工業株式会社製、ＧＴＳ－ＭＰ箔）上にドクターブレード法を用いて塗布した後、これを１００℃、３０分間の熱処理により乾燥して絶縁樹脂層付き銅箔を作製した。
　次いで、得られた絶縁樹脂層付き銅箔と、３．０ｍｍ厚の銅板（タフピッチ銅）を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧１００ｋｇ／ｃｍ２で１８０℃４０分の条件下でプレスし、銅箔（金属層）、絶縁樹脂層、および銅板（金属板）を有するパワーモジュール用基板（絶縁樹脂層の厚さ：２００μｍ）を得た。
　下記表１中における各成分の詳細は下記のとおりである。
（熱硬化性樹脂）
・エポキシ樹脂１：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（Ｎ－６９０、大日本インキ社製）
・エポキシ樹脂２：ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（ＸＤ－１０００、日本化薬社製）
・エポキシ樹脂３：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（８３０Ｓ、大日本インキ社製）
・シアネート樹脂１：フェノールノボラック型シアネート樹脂（ＰＴ－３０、ロンザジャパン社製）
（硬化剤）
・フェノール系硬化剤１：トリスフェニルメタン型のフェノールノボラック樹脂（ＭＥＨ－７５００、明和化成社製）
（硬化触媒）
・硬化触媒１：２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール（２ＰＨＺ－ＰＷ、四国化成社製）
（無機充填材）
・無機充填材１：下記作製例により作製された窒化ホウ素
（窒化ホウ素の作製）
　ホウ酸メラミンと鱗片状窒化ホウ素粉末（平均長径：１５μｍ）を混合して得られた混合物を、ポリアクリル酸アンモニウム水溶液へ添加し、２時間混合して噴霧用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを噴霧造粒機に供給し、アトマイザーの回転数１５０００ｒｐｍ、温度２００℃、スラリー供給量５ｍｌ／ｍｉｎの条件で噴霧することにより、複合粒子を作製した。次いで、得られた複合粒子を、窒素雰囲気下、２０００℃の条件で焼成することにより形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られたパワーモジュール用基板から金属板と金属層を剥離して、絶縁樹脂層を得て、これを評価用試験板として用いた。
（Ｔｇ（ガラス転移温度）の測定）
　得られた絶縁樹脂層のガラス転移温度（Ｔｇ）を、ＤＭＡ（動的粘弾性測定）により昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で測定した。
（寸法変化率の測定）
　得られた絶縁樹脂層を評価用試験板として用い、当該絶縁樹脂層の面内方向における長さ変化を、ＴＭＡ（熱機械分析測定）により、２０℃から３１０℃の温度範囲、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、引張測定モードの条件で測定した。
　２０℃から３１０℃までの第１昇温過程と３１０℃から２０℃までの第１降温過程とからなる一回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行い、一回目の熱機械分析測定の後、２０℃から３１０℃までの第２昇温過程と３１０℃から２０℃までの第２降温過程とからなる二回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行ったとき、絶縁樹脂層（熱硬化性樹脂組成物の硬化物）のガラス転移温度をＴｇ、一回目の熱機械分析測定を行う前の絶縁樹脂層の面内方向の長さを基準長、第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＵ、第２昇降温過程における、Ｔｇ＋３０℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２ＴＤ、第２昇温過程における、室温２５℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２２５Ｕ、および、第２昇降温過程における、室温２５℃での絶縁樹脂層の面内方向の基準長からの変化量をＬ２２５Ｄとした。
（１７５℃における体積抵抗率の測定）
　得られた絶縁樹脂層の体積抵抗率を、ＪＩＳ　Ｋ６９１１に準拠し、ＵＬＴＲＡ　ＨＩＧＨ　ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ　ＭＥＴＥＲ　Ｒ８３４０Ａ（エーディーシー社製）を用いて、印加電圧１０００Ｖで電圧印加後、１分後に測定した。
　なお、主電極は導電性ペーストを用いてφ２５．４ｍｍの円形状に作製した。またこのときガード電極は作成していない。さらに、主電極とは反対側の面にφ２６ｍｍの対電極を形成した。評価基準は以下の通りである。
　良　：　体積抵抗値　１×１０９Ω・ｍ以上
　可　：　体積抵抗値　１×１０８Ω・ｍ以上、１×１０９Ω・ｍ未満
　不可　：　体積抵抗値　１×１０８Ω・ｍ未満
（吸湿処理後のマイクロクラックの有無）
　各実施例および比較例で得られたパワーモジュール用基板について、以下の手順に基づいて吸湿処理後のマイクロクラックの有無を評価した。
・３０℃、９０％ＲＨの環境下で４８時間静置し、リフロー想定の温度３００℃の熱板上に５分静置する吸湿処理を実施。
・ＳＡＴ（超音波探傷検査解析）にて非破壊で内部のクラックを確認。
・さらに絶縁樹脂層の断面作製し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
　良：マイクロクラック発生が確認できなかった。
　不可：マイクロクラック発生が確認された。
（絶縁信頼性評価）
　各実施例および比較例で得られたパワーモジュール用基板について、以下の手順に基づいて絶縁信頼性を評価した。
　まず、パワーモジュール用基板を用いて図２に示すパワーモジュールを作製した。ＩＣチップとしてはＩＧＢＴチップを用いた。ボンディングワイヤーとしては、Ｃｕ製のものを用いた。次いで、このパワーモジュールを用いて、温度８５℃、湿度８５％、直流印加電圧１．５ｋＶの条件で連続湿中絶縁抵抗を評価した。なお、抵抗値１０６Ω以下を故障とした。評価基準は以下の通りである。
　優：３００時間以上故障なし
　良　：１００時間以上３００時間未満で故障あり
　不可　：１００時間未満で故障あり
　実施例１～３の熱硬化性樹脂組成物は、比較例１と比べて、パワーモジュール用基板に用いたときのマイクロクラックが抑制され、絶縁信頼性に優れる結果を示した。このような実施例１～３の熱硬化性樹脂組成物は、パワーモジュール用基板を構成する絶縁樹脂層を形成するために好適に用いることができる。
　この出願は、２０２１年７月２１日に出願された日本出願特願２０２１－１２０２６８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
２　　　　　ＩＣチップ
３　　　　　接着層
４　　　　　熱伝導グリス
５　　　　　放熱フィン
６　　　　　封止材
７　　　　　ボンディングワイヤー
８　　　　　チップコンデンサ
９　　　　　チップ抵抗
１０　　　　ソルダーレジスト
１１　　　　パワーモジュール
１００　　　パワーモジュール用基板
１０１　　　金属基板
１０２　　　絶縁樹脂層
１０３　　　金属層
１０３ａ　　金属層
１０３ｂ　　金属層

Claims (15)

  1. 　金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、を備える複合基材を構成する前記絶縁樹脂層を形成するために用いる、熱硬化性樹脂組成物であって、
    　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物である前記絶縁樹脂層に対して、２０℃から３１０℃までの第１昇温過程と３１０℃から２０℃までの第１降温過程とからなる一回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行い、一回目の熱機械分析測定の後、２０℃から３１０℃までの第２昇温過程と３１０℃から２０℃までの第２降温過程とからなる二回目の熱機械分析測定（ＴＭＡ）を行ったとき、
    　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度をＴｇ、一回目の熱機械分析測定を行う前の前記絶縁樹脂層の面内方向の長さを基準長、第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２ＴＵ、および第２昇降温過程における、Ｔｇ＋３０℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２ＴＤとした場合、
    　｜Ｌ２ＴＤ－Ｌ２ＴＵ｜が、０ｐｐｍより大きく１０００ｐｐｍ以下である、
    熱硬化性樹脂組成物。
  2. 　請求項１に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　第２昇温過程における、室温２５℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２２５Ｕ、および、第２昇降温過程における、室温２５℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量をＬ２２５Ｄとした場合、
    　｜Ｌ２２５Ｄ－Ｌ２２５Ｕ｜が０ｐｐｍより大きく１０００ｐｐｍ以下である、熱硬化性樹脂組成物。
  3. 　請求項１または２に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　第２昇降温過程における、室温２５℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量であるＬ２２５Ｄが、－１０００ｐｐｍ以上＋１０００ｐｐｍ以下である、熱硬化性樹脂組成物。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　第２昇温過程における、Ｔｇ＋３０℃での前記絶縁樹脂層の面内方向の前記基準長からの変化量であるＬ２ＴＵが、＋２０００ｐｐｍ以上＋８０００ｐｐｍ以下である、熱硬化性樹脂組成物。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が１７５℃以上である、熱硬化性樹脂組成物。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　当該熱硬化性樹脂組成物の硬化物の、１７５℃での体積抵抗率が１．０×１０８Ω・ｍ以上である、熱硬化性樹脂組成物。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　無機充填材を含み、前記無機充填材は、鱗片状窒化ホウ素の、単分散粒子、凝集粒子またはこれらの混合物を含む、熱硬化性樹脂組成物。
  8. 　請求項１から７のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　前記金属基板が銅基板で構成されている、熱硬化性樹脂組成物。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　前記複合基材が、パワーモジュール用基板、プリント配線基板、および放熱シートのいずれかで構成される、熱硬化性樹脂組成物。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　熱硬化性樹脂を含み、
    　前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂および／またはシアネート樹脂を含む、熱硬化性樹脂組成物。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　硬化剤を含む、熱硬化性樹脂組成物。
  12. 　請求項１１に記載の熱硬化性樹脂組成物であって、
    　前記硬化剤が、多官能フェノール系硬化剤を含む、熱硬化性樹脂組成物。
  13. 　金属基板と、
    　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
    　前記絶縁樹脂層が、請求項１から１２のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、パワーモジュール用基板。
  14. 　金属基板と、
    　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
    　前記絶縁樹脂層が、請求項１から１２のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、プリント配線基板。
  15. 　金属基板と、
    　前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、
    　前記絶縁樹脂層が、請求項１から１２のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、放熱シート。
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